淺析數(shù)字電視信號的無線定位技術(shù)

摘 要：文章基于DTV的定位系統(tǒng)中關(guān)于總體結(jié)構(gòu)、軟件接收機(jī)和工作流程等方面的描述，對數(shù)字電視廣播信號無線定位的原理、方案的實現(xiàn)作簡要分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；無線定位

一、數(shù)字電視信號無線定位的概念

無線電定位可理解為：已知的空間坐標(biāo)和時間基準(zhǔn)線的多個無線電發(fā)射源的輻射信號同時被接收，就可以確定接收端的用戶的地理位置，這里所講的位置即為經(jīng)度、緯度和海拔高度。因為超大規(guī)模集成電路工藝的進(jìn)步，DTV系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常的廣泛，DTV地面廣播系統(tǒng)也開始了大規(guī)模的建設(shè)。DTV在定位上的優(yōu)勢與GPS相比主要有以下幾點：定位的誤差非常小，約為1m量級；定位的實時信號更好，在市區(qū)的定位概率更高，甚至于室內(nèi)定位都可實現(xiàn)；處理設(shè)備要求低，低耗能；使用方便，使用時無需改變現(xiàn)有的DTV基礎(chǔ)設(shè)施就可定位。

二、數(shù)字電視信號無線定位系統(tǒng)

整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上可分為兩個部分，即發(fā)射和接收。如果是基于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射電視信號，那么首先就要為不同的DTV地面廣播信號發(fā)射臺分配不同的系統(tǒng)標(biāo)識碼，亦即ID，然后通過DTV數(shù)字廣播系統(tǒng)將進(jìn)行信道編碼過的發(fā)射臺的空間坐標(biāo)和發(fā)射時間、標(biāo)識碼等信息發(fā)射出去，并預(yù)先將發(fā)射臺的坐標(biāo)存儲在接收機(jī)的處理器中即可。這個系統(tǒng)的只要特征就是通過接收多個已知空間坐標(biāo)的數(shù)字地面發(fā)射臺的信號來確定接收者的空間坐標(biāo)。

對于系統(tǒng)的工作流程大體可分為以下幾個步驟：一是接收信號，將接收到的電視信號放大為中頻信號；二是完成中頻信號的數(shù)字化；三是完成信號的同步跟蹤、解調(diào)和解碼任務(wù)并建立同步跟蹤回路；四是確定觀測時間序列。

三、數(shù)字電視地面廣播

在現(xiàn)代通信中，通信傳輸手段主要是光纖、衛(wèi)星、數(shù)字微波等，加上地面無線電視廣播電視發(fā)射構(gòu)成信息主體。目前在我國數(shù)字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數(shù)字電視、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視、有線傳輸數(shù)字電視三類。而移動電視是數(shù)字電視地面廣播的重要應(yīng)用。數(shù)字電視地面廣播在應(yīng)用需求上要求實現(xiàn)移動和便攜接收的功能，使整個技術(shù)系統(tǒng)的要求最高。它具備無線數(shù)字系統(tǒng)所共有的優(yōu)點，較之衛(wèi)星接收，有實理容易、價格低廉的特點；較之有線接收不易受城市施工建設(shè)、自然災(zāi)害戰(zhàn)爭等因素造成的斷網(wǎng)影響；數(shù)字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發(fā)射無線電波，覆蓋電視用戶，用戶通過接收天線和電視機(jī)收看電視節(jié)目，主要的受眾也是針對本地區(qū)的。完善的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)所具備的蜂窩單頻網(wǎng)功能，不僅提高了頻譜的利用率，而且可應(yīng)用與寬帶無線接入市場；而移動和便攜的獨特優(yōu)勢使該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代信息社會“信息到人”的要求，也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。

四、移動接收所遇到的主要問題

移動接收采用的方式是無線數(shù)字信號發(fā)射、地面接收。因此，移動接收所遇到的問題之一就是衰落，這是所有無線通信系統(tǒng)都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服，但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用，因此衰落問題尤為突出。

電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收，實際到達(dá)收信天線處的電波除了來自發(fā)射天線的直接波外，還存在來自各種物體（包括地面）的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場，此外，在移動通信中，還存在因移動臺（天線）的快速移動而劃過顛簸的波節(jié)和波幅的駐播現(xiàn)象及由于多普勒效應(yīng)而造成的相移，凡此種種原因，就使得實際移動臺接收到的場強(qiáng)在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化，使信號很不穩(wěn)定，這就是無線電波的衰落現(xiàn)象。衰落的嚴(yán)重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進(jìn)行精確的預(yù)測，但區(qū)分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落，短期信號中值電平在長期中的起伏：后者為快衰落，即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現(xiàn)和影響是不同的另外，與其他無線通信系統(tǒng)不同的是，移動接收的關(guān)鍵點是移動。因此，移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題，這就是多普勒效應(yīng)。系統(tǒng)方面，移動接收還要考慮覆蓋網(wǎng)的建設(shè)，接收機(jī)（特別是便攜機(jī)）的耗電，接收天線的安裝等問題。從基本原理考慮，模擬廣播電視信號是不宜實現(xiàn)移動接的。

五、移動接收中的關(guān)鍵技術(shù)

PFDM是正交頻分復(fù)用（0rthogonal Frequency Division Multiplexing）的縮寫，是在嚴(yán)得電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳輸?shù)募夹g(shù)措施。OFDM的基本原理是：高速信息數(shù)據(jù)流通過串/并變換，分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸，第個子信道中的符號周期相對增加，這樣可減少因無線信道多徑時延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。在過去的頻分復(fù)用系統(tǒng)中，整個帶寬分成N個子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護(hù)帶寬，但這會使頻譜利用率下降。為了克服這個缺點。OFDM采用N個重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無需分離頻譜就可將信號接收下來。OFDM的特點是各子載波相互正交，擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜可相互重疊，不但減少了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率。主要技術(shù)特點如下：（1）可有效對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸；（2）通過各子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力；（3）各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現(xiàn)；OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現(xiàn)象帶來的負(fù)面影響，使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低，又加入了時間保護(hù)間隔，具有極強(qiáng)的抗干擾能力。其多徑時延小于保護(hù)間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾。在有關(guān)移動接收的幾種標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，都采用OFDM作為其核心技術(shù)。

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作者簡介：唐超群（1992-9），男，漢族，安徽歙縣人，江漢大學(xué)物理與信息工程學(xué)院自動化專業(yè)1班2012級本科生。